буровое долото

Формула изобретения

1. Буровое долото, содержащее корпус с ниппелем, шарошками и каналами для охлаждения опор шарошек и для очистки забоя от шлама и обратный клапан в виде подпружиненного поршня с фиксатором осевого перемещения, установленного в выемке, просверленной перпендикулярно очистному каналу, отличающееся тем, что обратный клапан расположен в корпусе между полостью ниппеля и выходной частью очистного канала и снабжен направляющей, при этом часть поршня для перекрытия очистного канала выполнена со скошенным торцом, вершина которого расположена в нижней части поршня с возможностью взаимодействия с торцом фиксатора.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что направляющая клапана образована продольным пазом на боковой поверхности поршня и стержнем, закрепленным на корпусе и совмещенным с пазом поршня.

3. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что фиксатор клапана выполнен в виде резьбового диска, торец которого, контактирующий с вершиной скошенного торца поршня, оснащен эластичной прокладкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин с продувкой сжатым газом или воздухом. Эффективность работы этих долот в значительной степени определяется надежностью защиты опор шарошек от попадания шлама через продувочные каналы в лапах долота, особенно при наращивании бурового става и аварийном прекращении подачи очистного агента на забой скважины.

Известно буровое долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами и установленные в них клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины [1].

Недостатком данного долота является выход запорного органа и части возвратной пружины во время работы за пределы корпуса долота. Это приводит к абразивному износу запорного органа и пружины обратным потоком очистного агента, содержащего, как правило, большое количество частиц твердого шлама. Кроме того, крупные частицы шлама, попадая в полость между седлом клапана и запорным органом, не позволяют сократиться пружине и тем самым нарушают герметичность клапана.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с ниппелем, шарошками и каналами для охлаждения опор шарошек и очистки забоя от шлама и обратный клапан в виде подпружиненного поршня с фиксатором осевого перемещения, установленных в выемке, просверленной перпендикулярно к очистному каналу [2].

Недостатком этого долота является возможность зашламования полости между хвостовиком поршня и его направляющей втулкой, где расположена пружина, что может привести к выходу из строя пружины, а следовательно, и к заклиниванию поршня. Кроме того, это нарушает герметичность клапана и не исключает возможность попадания шлама в опоры шарошек с последующим выходом долота из строя. Другим недостатком известного долота является значительная металлоемкость клапанного узла, выполненного в виде отдельного переводника.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является увеличение проходки на долото и механической скорости бурения за счет повышения надежности работы клапанного узла, снижение металлоемкости долота и, как следствие всего этого, - уменьшение себестоимости буровых работ.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус с ниппелем, шарошками и каналами для охлаждения опор шарошек и для очистки забоя от шлама и обратный клапан в виде подпружиненного поршня с фиксатором осевого перемещения, установленных в выемке, просверленной перпендикулярно к очистному каналу, согласно изобретению, каждый обратный клапан расположен в корпусе между полостью ниппеля и выходной частью очистного канала и снабжен направляющей, при этом часть поршня для перекрытия очистного канала выполнена со скошенным торцом, вершина которого расположена в нижней части поршня с возможностью взаимодействия с торцом фиксатора.

Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- фиксатор клапана выполнен в виде резьбового диска, торец которого, контактирующий с вершиной скошенного торца поршня, оснащен эластичной прокладкой;

- направляющая клапана образована продольным пазом на боковой поверхности поршня и стержнем, закрепленным на корпусе долота и совмещенным с пазом поршня.

На фиг.1 изображен общий вид бурового долота; на фиг.2 - клапанный узел в увеличенном масштабе в исходном положении.

Буровое долото содержит лапы 1 с ниппелем 2, каналами 3 и 4 соответственно для охлаждения опор шарошек 5 и для очистки забоя от шлама и размещенные с возможностью перекрытия очистных каналов 4 обратные клапаны 6. Последние размещены в выемках 7, просверленных в корпусе 1 долота перпендикулярно к очистным каналам 4 между их выходной частью и полостью ниппеля 2. Каждый обратный клапан 6 включает поршень 8, фиксатор 9, возвратный элемент в виде пружины 10 или эластичной оболочки (не показана) и направляющую.

Поршень 8 выполнен в виде цилиндра с глухим отверстием 11 для размещения пружины 10 или возвратного элемента и со скошенным рабочим торцом 12, который расположен со стороны очистного канала 4 и ориентирован таким образом, что вершина 13 торца располагается со стороны нижней части цилиндра. Поршень 8 свободно перемещается вдоль выемки 7, при этом зазор между стенками выемки и наружной поверхностью поршня герметизируется уплотнительным кольцом 14, устанавливаемым в проточке на наружной поверхности цилиндра или на внутренней поверхности выемки 7. Для упрощения конструкции поршень 8 на фиг. 2 выполнен одного диаметра, однако он может иметь и ступенчатую форму. Но в любом случае скошенный торец 12 поршня должен полностью перекрывать в исходном положении очистной канал 4 в зоне их сопряжения. Для обеспечения лучшей работы пружины 10 в глухом отверстии 11 поршня 8 установлена телескопическая пара стержней 15 и 16.

Фиксатор 9, располагаемый соосно с поршнем 8, имеет форму диска с резьбой 17, наружний торец которого выполнен с граненым хвостовиком 18 под ключ для ввинчивания в резьбовую часть выемки 7, а внутренний торец оснащен эластичной прокладкой 19, взаимодействующей в исходном положении с вершиной 13 рабочего торца поршня 8. Прокладка 19 крепится на торце диска клеем или другим известным способом. Резьбовое соединение диска с корпусом 1 обеспечивает бесступенчатое регулирование степени сжатия пружины 10, а следовательно, и усилия прижатия рабочего торца поршня 8 к внутреннему торцу диска. Кроме того, оно позволяет фиксировать скошенный торец 12 поршня 8 в определенном положении относительно очистного канала 4, что бывает необходимо осуществлять в зависимости от величины расхода очистного агента.

Направляющая поршня 8 образована продольным пазом 20 на его боковой поверхности и стержнем 21, установленным в продольном пазу 20 и закрепленным в корпусе 1 долота. Поршень 8, перемещаясь относительно стержня 21, сохраняет свою ориентацию в заданном положении, а именно удерживает вершину 13 торца поршня 8 в нижнем положении, обеспечивая полное перекрытие канала 4 после прекращения подачи очистного агента.

Выходная часть очистного канала может быть оснащена насадкой 22, удерживаемой в канале 4 стопорным разрезным кольцом 23. Для герметизации насадки 22 предусмотрено уплотнительное кольцо 24.

Буровое долото работает следующим образом. В процессе бурения нагнетаемый поток очистного агента под давлением подается через колонну бурильных труб в ниппель 2 долота, проходит через обратный клапан 6 и направляется на забой скважины и на шарошки 5. Поток очистного агента, действующий на скошенный торец 12 поршня 8, выполняющий функции запорного органа, перемещает его вдоль выемки 7, преодолевая сопротивление пружины 10 или другого возвратного элемента, например эластичной камеры, которые при этом сжимаются и открывают очистные каналы 4. После смещения поршня 8 очистной агент поступает на забой скважины через насадку 22 и удаляет образующийся в процессе разрушения забоя шлам, который через кольцевое пространство между стенками скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. В случае прекращения подачи очистного агента, например при наращивании бурильной колонны или в случае аварийного отключения компрессора, поршень 8 под действием возвратного элемента (пружины 10) перемещается вдоль выемки 7 в обратном направлении и занимает исходное положение, перекрывая выходную часть очистного канала 4. При этом благодаря тому что возвратный элемент находится вне пути очистного потока, он не подвергается воздействию последнего. Это уменьшает вероятность попадания шлама в запоршневое пространство и тем самым повышает надежность работы обратного клапана и увеличивает срок его службы. Повышению надежности работы клапана способствует и оснащение фиксатора 9 эластичной прокладкой 19. Такое выполнение обратного клапана исключает попадание шлама во внутреннюю полость корпуса 1 после прекращения подачи очистного агента, а следовательно, исключается и попадание шлама в опоры шарошек 5. Это позволяет увеличить срок работы долота и тем самым повысить эффективность его работы, т. е. проходку и механическую скорость бурения. Кроме того, такое выполнение обратного клапана позволяет значительно уменьшить его габариты и тем самым снизить металлоемкость всего долота.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 1492018, кл. E 21 B 27/00, 1989 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1444501, кл. E 21 B 10/08, 1987 г.